DE19621046A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Abtriebsmomentes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Abtriebsmomentes

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/08—Controlling based on slip frequency, e.g. adding slip frequency and speed proportional frequency
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Testing Of Engines (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Abtriebsmomentes nach den Oberbegriffen von Anspruch 1 und Anspruch 3.
Bei allen durch Motoren angetriebenen Aggregaten, Transmissionen, Anlagen etc. ist die Belastung, Beanspruchung und ursprünglich das Drehmoment eine Schlüsselgröße für das Erkennen von Fehlern, für die Früherkennung von Ausfällen oder für die Kalkulation der Lebensdauer. Bisher werden präzise Drehmomentmessungen über die elastische Verspannung oder Biegung von Hülsen, Wellen, Biegebalken, etc. durchgeführt, die mit Dehnungsmeßstreifen verschiedenster Art bestückt sind. Dies bedeutet jedoch stets einen Eingriff in die Ab- bzw. Antriebsmechanik der Anlage, ist durch die empfindlichen Verstärker teuer und durch viele Umfeldparameter fehlerbehaftet.
Weiterhin werden auch Kraftmeßlager eingesetzt, wenn die Belastung durch radiale und/oder axiale Kräfte definiert werden kann. Diese sind ebenfalls mit Dehnungsmeßstreifen versehen und erfordern ähnliche empfindliche Bausteine zur Meßwertverarbeitung.
Für den Abtrieb werden weitverbreitet elektrische Asynchron-Motoren eingesetzt, da diese preisgünstig und kompakt sind und in den überwiegenden Fällen direkt an das Netz angeschlossen werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Abtriebsmomentes zu schaffen, die mit einfachen Mitteln eine zuverlässige und von weniger Umwelteinflüssen geprägten Meßwert für das Abtriebsmoment liefern.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen:
  • - Messen der Umlaufdrehzahl des Ständerfeldes
  • - Messen der Rotordrehzahl
  • - Bildung eines Meßwertes für die Schlupfdrehzahl aus der Differenz von Rotordrehzahl und Umlaufdrehzahl
  • - Bildung eines Meßwertes für das Abtriebsmoment aus der Schlupfdrehzahl und statistischen motoreigenen Kennwerten für das Abtriebsmoment,
und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen:
  • - ein Adapter zur Messung der Umlaufdrehzahl des Ständerfeldes
  • - ein Sensor zur Messung der Rotordrehzahl
  • - eine Differenzschaltung zur Bildung der Schlupfdrehzahl
  • - ein Festwertspeicher für die motoreigene Charakteristik von Antriebsmoment in Abhängigkeit zur Schlupfdrehzahl mit einem Eingang für die Schlupfdrehzahl und einem Ausgang für das Abtriebsmoment und
  • - eine Anzeigevorrichtung für das Abtriebsmoment mit Ausgängen zur Weiterverarbeitung des Meßsignals.
Die Arbeitsweise ist voll digitalisierbar und damit weitgehend gegen Umfeldeinflüsse wie Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration, Eigenerwärmung, Schwankungen der Versorgungsspannung geschützt. Damit sind viele der Störgrößen im rauhen Anlagebetrieb vorweg unwirksam. Weiterhin bietet dieser Vorteil auch ein hohes Maß an Sicherheit, was vielen Antrieben erst dadurch die Anwendung in Gefahrensbereichen ermöglicht.
Die erfindungsgemäßen Merkmale beziehen sich auf die Verwendung eines Asynchron- Motors als Antriebsmaschine für die vielfältigsten Anlagen, etc. Das Verfahren zeigt die Verarbeitung der Meßwerte, die Vorrichtung einen kompakten Schaltungsbaustein, mit Eingängen für die Meßwerte und Ausgängen für Signal- und Steuerspannungen zur Anzeige oder Weiterverarbeitung.
Die Merkmale werden nachfolgend an dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel beschrieben.
Die einzige Figur zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Messung des Abtriebsmomentes bei einem Asynchron-Motor 1. Dieser ist mit einem Wälzlager 2 versehen das in bekannter Weise einen elektrischen Ausgang aufweist, der eine der Rotordrehzahl R proportionale Impulsfolge liefert. Ein weiterer Meßwert N wird durch eine der Ständerfrequenz des Asynchron-Motors 1 oder der Netzspeisefrequenz entsprechende Pulsfolge gebildet. In einer Differenzstufe 3 wird aus den beiden Meßwerten R, N eine Differenz-Impulsfolge gebildet, die der Schlupfdrehzahl S des Asynchron- Motors 1 proportional ist. Die Schlupfdrehzahl S erhöht sich mit dem Abtriebsmoment MA, ist diesem jedoch nicht streng proportional und von anderen Motorspezifikationen und Konstruktionsmerkmalen abhängig. Aus diesem Grund ist ein Rechenbaustein 4 mit Festwertspeicher vorgesehen, in dem die dem jeweiligen Motortyp entsprechende Lenkkurve "Abtriebsmoment MA/Schlupfdrehzahl S" gespeichert ist. Das Ausgangssignal bildet damit für jede Schlupfdrehzahl S den korrekten Wert für das Abtriebsmoment MA. Es wird in einem handelsüblichen Display 5 zur Anzeige gebracht oder kann auch anderweitig weiterverarbeitet, gegebenenfalls über Grenzwertstufen zur Überwachung verwendet werden.
Eine weitere Verwendung ergibt sich in Verbindung mit einem Zähler 4, der die Gesamtheit eines wirksamen Abtriebsmomentes MA - etwa durch die Summe aller Umdrehungen des Rotors - aufsummiert, und mit dem jeweiligen Wert des Abtriebsmomentes MA verrechnet. Dabei kann der verbrauchte Wert von Lebensdauer einer statistischen Lebensdauerbasis abgebucht werden, um die Restlebensdauer, beispielsweise von Lagerungen und anderen Triebwerksteilen, anzuzeigen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Messung des Abtriebsmomentes eines Asynchron-Motors durch
  • - Messen der Umlaufdrehzahl des Ständerfeldes
  • - Messen der Rotordrehzahl
  • - Bildung eines Meßwertes für die Schlupfdrehzahl aus der Differenz von Rotordrehzahl und Umlaufdrehzahl und
  • - Bildung eines Meßwertes für das Abtriebsmoment aus der Schlupfdrehzahl und statistischen, motoreigenen Kennwerten für das Abtriebsmoment.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,gekennzeichnet durch Bildung eines Meßwertes für die Beanspruchung aus Rotordrehzahl und Abtriebsmoment.
3. Vorrichtung zur Messung des Abtriebsmomentes eines Asynchron-Motors nach dem in Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren, gekennzeichnet durch
  • - einen Adapter zur Messung der Umlaufdrehzahl N des Ständerfeldes
  • - einen Sensor (2) zur Messung der Rotordrehzahl R
  • - eine Differenzschaltung (3) zur Bildung der Schlupfdrehzahl S
  • - einen Festwertspeicher (4) für die motoreigene Charakteristik von Antriebsmoment MA in Abhängigkeit zur Schlupfdrehzahl S mit einem Eingang für die Schlupfdrehzahl S und einem Ausgang für das Abtriebsmoment MA und
  • - eine Anzeigevorrichtung (5) für das Abtriebsmoment MA mit Ausgängen zur Weiterverarbeitung des Messinggehalts.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Schaltungsbaustein (6) zur Bildung eines Meßwertes aus Abtriebsmoment MA und Abtriebsdrehzahl R für die Beanspruchung der durch den Asynchron-Motor (1) angetriebenen Einheit.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch die Ausführung eines der Motorlager (2) als Sensorlager zur Messung der Rotordrehzahl R.
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